JP4812920B2

JP4812920B2 - Fuel cell stack

Info

Publication number: JP4812920B2
Application number: JP2000045002A
Authority: JP
Inventors: 隆鴻村; 成利杉田; 滋稲井
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2000-02-22
Filing date: 2000-02-22
Publication date: 2011-11-09
Anticipated expiration: 2020-02-22
Also published as: JP2001236975A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、固体高分子電解質膜をアノード側電極とカソード側電極とで挟んで構成される単位燃料電池セルと、前記単位燃料電池セルを挟持するセパレータとを水平方向に積層して構成された、特に車載用に適した燃料電池スタックに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜（陽イオン交換膜）からなる電解質の両側にそれぞれアノード側電極およびカソード側電極を対設して構成される単位燃料電池セルを、セパレータによって挟持することにより構成されており、通常、この単位燃料電池セルを所定数だけ積層して燃料電池スタックとして使用される。
【０００３】
この種の燃料電池スタックにおいて、アノード側電極に供給された燃料ガス、例えば、主に水素を含有するガス（以下、水素含有ガスという）は、触媒電極上で水素がイオン化され、適度に加湿された電解質を介してカソード側電極側へと移動する、その間に生じた電子が外部回路に取り出され、直流の電気エネルギとして利用される。カソード側電極には、酸化剤ガス、例えば、主に酸素を含有するガス（以下、酸素含有ガスという）あるいは空気が供給されているために、このカソード側電極において、水素イオン、電子および酸素が反応して水が生成される。
【０００４】
上記の燃料電池スタックでは、積層されている各単位燃料電池セルのアノード側電極およびカソード側電極に、それぞれ燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給するために、内部マニホールドを構成することが行われている。この内部マニホールドは、具体的には、積層されている各単位燃料電池セルおよびセパレータに一体的に連通して設けられた複数の連通孔を備えており、供給用の連通孔に反応ガスが供給されると、前記反応ガスが各単位燃料電池セル毎に分散供給される一方、使用済みの反応ガスが排出用の連通孔に一体的に排出されるように構成されている。
【０００５】
ところで、特に、酸化剤ガスが流れる連通孔内には、電極発電面で生成された反応生成水が導入され易く、この連通孔内に滞留水が存在する場合が多い。一方、燃料ガスが流される連通孔内には、結露等による滞留水が発生するおそれがある。このため、連通孔が滞留水によって縮小または閉塞されてしまい、反応ガスの流れが妨げられて発電性能が低下するという不具合が指摘されている。
【０００６】
そこで、例えば、特開平８−１３８６９２号公報に開示されているように、集電極の積層面に形成された燃料ガス流路および酸化ガス流路に親水性被膜が設けられた燃料電池が知られている。具体的には、図１６に示すように、集電極１の両側部に燃料ガスの給排流路２ａ、２ｂが貫通形成されるとともに、この集電極１の上下には、酸化ガスの給排流路３ａ、３ｂが貫通形成されている。集電極１の発電面側には、上下方向に沿って複数本の酸化ガス流路４が互いに平行でかつ直線上に設けられるとともに、前記酸化ガス流路４に親水性被膜５が形成されている。さらに、酸化ガスの給排流路３ｂには、多孔質部材６が配置されている。
【０００７】
このような構成において、燃料電池の運転に伴って発電面側で生成された水が、酸化ガス流路４に導入されると、この生成水は、前記酸化ガス流路４に形成された親水性被膜５を湿潤状態にする。この生成水は、自重により親水性被膜５およびその表面を伝って鉛直下方向に流れ、酸化ガス流路４から排出される。さらに、生成水が酸化ガスの給排流路３ｂに配置された多孔質部材６により吸収されるため、この生成水を酸化ガス流路４からより確実に排出することができるとしている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記の従来技術では、集電極１の上下に酸化ガスの給排流路３ａ、３ｂが形成されるため、燃料電池全体の高さ方向の寸法を短尺化することが困難なものとなってしまう。特に、車載用燃料電池スタックとして使用する際には、自動車の車体の床下等のスペースを有効活用する必要があり、燃料電池全体の高さ方向を可及的に短尺化したいという要請がある。しかしながら、上記の従来技術では、この種の要請に効果的に対応することができないという問題点がある。
しかも、酸化ガスの給排流路３ａ、３ｂは、集電極１の上下に横方向に長尺に構成されている。これにより、集電極１の剛性を確保するためには、この集電極１の厚さを比較的大きく設定する必要があり、燃料電池スタック全体の積層方向の寸法が長尺化してしまうという問題が指摘されている。
【０００９】
そして、このように、燃料電池スタック全体の積層方向の寸法が長尺化すると、酸化ガスの給排流路３ｂの積層方向での長さが長くなり、そのため、奥側の生成水等が排出され難くなるという問題もある。とりわけ、車載用として使用する場合には車両が傾斜した状態で走行し例えば酸化ガスの給排流路３ｂの奥側に生成水が滞留するような状況では、この生成水は排出されずそのままでは発電性能が低下する問題がある。
そこで、この発明は円滑かつ確実な排水機能を有する燃料電池スタックを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、固体高分子電解質膜をアノード側電極とカソード側電極とで挟んで構成する単位燃料電池セル（例えば、実施形態における単位燃料電池セル１２）と、前記単位燃料電池セルを挟持するセパレータ（例えば、実施形態における第１セパレータ１４、第２セパレータ１６）とを水平方向に積層して構成された燃料電池スタック（例えば、実施形態における燃料電池スタック１０）であって、前記セパレータの外周縁部に、燃料ガスを含む反応ガスを供給するための入口側連通孔（例えば、実施形態における入口側燃料ガス連通孔３６ａ）と、酸化剤ガスを含む反応ガスを供給するための入口側連通孔（例えば、実施形態における入口側酸化剤ガス連通孔３８ａ）と、燃料ガスを含む反応ガスの反応済みガスを排出するための出口側連通孔（例えば、実施形態における出口側燃料ガス連通孔３６ｂ）と、酸化剤ガスを含む反応ガスの反応済みガスを排出するための出口側連通孔（例えば、実施形態における出口側酸化剤ガス連通孔３８ｂ）とを貫通して設け、前記入口側連通孔から供給された燃料ガスを含む反応ガスを、前記各単位燃料電池セルとアノード側電極側のセパレータとの間に導いて前記燃料ガスを含む反応ガスの反応済みガスを出口側連通孔から排出し、前記入口側連通孔から供給された酸化剤ガスを含む反応ガスを、前記各単位燃料電池セルとカソード側電極側のセパレータとの間に導いて前記酸化剤ガスを含む反応ガスの反応済みガスを出口側連通孔から排出し、前記二つの出口側連通孔の少なくとも一方の出口側連通孔の排出口（例えば、実施形態における排出口Ｈ）から見て奥側であって、前記単位燃料電池と前記セパレータとの積層方向の端部に、前記一方の出口側連通孔とこれに対応する入口側連通孔とを連結するバイパス流路（例えば、実施形態におけるバイパス流路１１１）を形成するバイパスプレート（例えば、実施形態におけるバイパスプレート８１）または配管（例えば、実施形態におけるバイパス配管）を設け、前記バイパス流路を形成する前記バイパスプレートまたは前記配管に、前記燃料ガスを含む反応ガスと酸化剤ガスを含む反応ガスの何れか一方を前記排出口に対応する前記出口側連通孔に向かって供給する吐出孔（例えば、実施形態における吐出孔１１０）を設けたことを特徴とする。
このように構成することで、生成水等が、酸化剤ガス又は燃料ガスの出口側連通孔の中、特に奥側に溜まっていた場合でも、反応ガスである酸化剤ガスが吐出孔から供給されると、出口側連通孔の奥側に滞留した生成水等は吐出孔から吹き出される反応ガスにより押出される。
【００１１】
請求項２に記載した発明は、前記入口側連通孔の供給口（例えば、実施形態における供給口Ｋ）と前記出口側連通孔の排出口とを同じ側に設けたことを特徴とする。
このように構成することで、入口側連通孔の奥側と出口側連通孔の奥側とを最短距離で接続することができる。
【００１２】
請求項３に記載した発明は、前記酸化剤ガスを含む反応ガスを供給するための入口側連通孔の供給口と、前記酸化剤ガスを含む反応ガスの反応済みガスを排出するための出口側連通孔の排出口とを前記単位燃料電池セルと前記セパレータとの積層方向における同じ側に設け、前記入口側連通孔の供給口から見た奥側と、前記出口側連通孔の排出口から見た奥側で、前記酸化剤ガスを含む反応ガスの入口側連通孔と前記酸化剤ガスを含む反応ガスの反応済みガスの出口側連通孔とを、前記バイパスプレートによって形成された前記バイパス流路により接続し、前記バイパス流路の出口を前記出口側連通孔の奥側で開口する前記吐出孔として構成したことを特徴とする。
このように構成することで、加湿された反応ガス内の水分が入力側連通孔で結露した場合でも、この水滴を出口側連通孔に導くことができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明の第１の実施形態に係る燃料電池スタック１０の概略縦断面説明図であり、図２は、前記燃料スタック１０の要部分解斜視図である。
【００１４】
燃料電池スタック１０は、単位燃料電池セル１２と、この単位燃料電池セル１２を挟持する第１および第２セパレータ１４、１６とを備え、これらが複数組だけ積層されている。単位燃料電池セル１２は、固体高分子電解質膜１８と、この電解質膜１８を挟んで配設されるカソード側電極２０およびアノード側電極２２とを有するとともに、前記カソード側電極２０および前記アノード側電極２２には、例えば、多孔質層である多孔質カーボンペーパ等からなる第１および第２ガス拡散層２４、２６が配設されている。
【００１５】
単位燃料電池セル１２の両側には、第１および第２ガスケット２８、３０が設けられ、前記第１ガスケット２８は、カソード側電極２０および第１ガス拡散層２４を収納するための大きな開口部３２を有する一方、前記第２ガスケット３０は、アノード側電極２２および第２ガス拡散層２６を収納するための大きな開口部３４を有している。単位燃料電池セル１２と第１および第２ガスケット２８、３０とが、第１および第２セパレータ１４、１６によって挟持されるとともに、この第２セパレータ１６には第３ガスケット３５が配設されている。
【００１６】
第１セパレータ１４は、その横方向両端上部側に水素含有ガス等の燃料ガス（反応ガス）を通過させるための入口側燃料ガス連通孔３６ａと、酸素含有ガスまたは空気である酸化剤ガス（反応ガス）を通過させるための入口側酸化剤ガス連通孔３８ａとを備えている。
【００１７】
第１セパレータ１４の横方向両端中央側には、純水やエチレングリコールやオイル等の冷却媒体を通過させるための入口側冷却媒体連通孔４０ａと、使用後の前記冷却媒体を通過させるための出口側冷却媒体連通孔４０ｂとが設けられている。第１セパレータ１４の横方向両端下部側には、燃料ガス（反応済みガス）を通過させるための出口側燃料ガス連通孔３６ｂと、酸化剤ガス（反応済みガス）を通過させるための出口側酸化剤ガス連通孔３８ｂとが、入口側燃料ガス連通孔３６ａおよび入口側酸化剤ガス連通孔３８ａと対角位置になるように設けられている。
【００１８】
第１セパレータ１４のカソード側電極２０に対向する面１４ａには、入口側酸化剤ガス連通孔３８ａに近接して複数本、例えば、６本のそれぞれ独立した第１酸化剤ガス流路溝４２が、水平方向に蛇行しながら重力方向に向かって設けられている。第１酸化剤ガス流路溝４２は、３本の第２酸化剤ガス流路溝４４に合流し、この第２酸化剤ガス流路溝４４が出口側酸化剤ガス連通孔３８ｂに近接して終端している。
【００１９】
図２〜図４に示すように、第１セパレータ１４には、この第１セパレータ１４を貫通するとともに、一端が面１４ａとは反対側の面１４ｂで入口側酸化剤ガス連通孔３８ａに連通する一方、他端が前記面１４ａ側で第１酸化剤ガス流路溝４２に連通する第１酸化剤ガス連結流路４６と、一端が前記面１４ｂ側で出口側酸化剤ガス連通孔３８ｂに連通する一方、他端が前記面１４ａ側で第２酸化剤ガス流路溝４４に連通する第２酸化剤ガス連結流路４８とが、前記第１セパレータ１４を貫通して設けられている。
【００２０】
図２に示すように、第２セパレータ１６の横方向両端側には、第１セパレータ１４と同様に、入口側燃料ガス連通孔３６ａ、入口側酸化剤ガス連通孔３８ａ、入口側冷却媒体連通孔４０ａ、出口側冷却媒体連通孔４０ｂ、出口側燃料ガス連通孔３６ｂおよび出口側酸化剤ガス連通孔３８ｂが形成されている。
【００２１】
図５に示すように、第２セパレータ１６の面１６ａには、入口側燃料ガス連通孔３６ａに近接して複数本、例えば、６本の第１燃料ガス流路溝６０が形成される。この第１燃料ガス流路溝６０は、水平方向に蛇行しながら重力方向に向かって延在し、３本の第２燃料ガス流路溝６２に合流してこの第２燃料ガス流路溝６２が出口側燃料ガス連通孔３６ｂの近傍で終端している。
【００２２】
第２セパレータ１６には、入口側燃料ガス連通孔３６ａを面１６ｂ側から第１燃料ガス流路溝６０に連通する第１燃料ガス連結流路６４と、出口側燃料ガス連通孔３６ｂを前記面１６ｂ側から第２燃料ガス流路溝６２に連通する第２燃料ガス連結流路６６とが、前記第２セパレータ１６を貫通して設けられている。
【００２３】
図３および図６に示すように、第２セパレータ１６の面１６ｂには、第３ガスケット３５の開口部６８に対応する段差部７０が形成され、段差部７０内には、入口側冷却媒体連通孔４０ａおよび出口側冷却媒体連通孔４０ｂに近接して冷却媒体流路を構成する複数本の主流路溝７２ａ、７２ｂが形成されている。主流路溝７２ａ、７２ｂ間には、それぞれ複数本に分岐する分岐流路溝７４が水平方向に延在して設けられている。
【００２４】
第２セパレータ１６には、入口側冷却媒体連通孔４０ａと主流路溝７２ａとを連通する第１冷却媒体連結流路７６と、出口側冷却媒体連通孔４０ｂと主流路溝７２ｂとを連通する第２冷却媒体連結流路７８とが、前記第２セパレータ１６を貫通して設けられている。
【００２５】
図２に示すように、第１、第２および第３ガスケット２８、３０および３５の横方向両端部には、入口側燃料ガス連通孔３６ａ、入口側酸化剤ガス連通孔３８ａ、入口側冷却媒体貫通孔４０ａ、出口側冷却媒体連通孔４０ｂ、出口側燃料ガス連通孔３６ｂおよび出口側酸化剤ガス連通孔３８ｂが設けられている。
【００２６】
図１に示すように、単位燃料電池セル１２と第１および第２セパレータ１４、１６の積層方向両端側には、第１および第２エンドプレート８０、８２が配置され、タイロッド８４を介して前記第１および第２エンドプレート８０、８２が一体的に締め付け固定されている。
ここで、８１はバイパスプレートを示し、このバイパスプレート８１は上記第２エンドプレート８２とともにタイロッド８４により締め付け固定されている。
【００２７】
上記バイパスプレート８１は、図２、図７、図８に示すように、燃料電池スタック１０の入口側酸化剤ガス連通孔３８ａおよび出口側酸化剤ガス連通孔３８ｂの奥側、つまり後述する図１２に示すように前記入口側酸化剤ガス連通孔３８ａの供給口Ｋおよび出口側酸化剤ガス連通孔３８ｂの排出口Ｈから見て奥側に位置する第１セパレータ１４の面１４ｂに密接配置されるもので、第１セパレータ１４の入口側酸化剤ガス連通孔３８ａに対応する位置に当該バイパスプレート８１の入口側酸化剤ガス連通孔３８ａが設けられている。
そして、第１セパレータ１４の出口側酸化剤ガス連通孔３８ｂの底部Ｔ２に対応する位置に、反応に使用される酸化剤ガスを供給する吐出孔１１０が、第１セパレータ１４の出口側酸化剤ガス連通孔３８ｂに沿った方向に指向して設けられている。
【００２８】
一方、バイパスプレート８１の第１セパレータ１４に密接する面８１ａとは反対側の面８１ｂには、図２に示すように当該バイパスプレート８１の入口側酸化剤ガス連通孔３８ａの孔壁に形成された複数の矩形断面形状の入口孔１０９と前記吐出孔１１０とを連通するバイパス流路１１１が設けられている。
前記バイパス流路１１１は前記入口側酸化剤ガス連通孔３８ａから前記吐出孔１１０までを対角位置で接続する３本の溝状の供給路１１１ａと、この供給路１１１ａのうち上側と下側の供給路１１１ａに沿って前記入口孔１０９から延び、供給路１１１ａに途中で合流する２本の溝状の補助供給路１１１ｂとで構成されている。
【００２９】
ここで、前記バイパスプレート８１の入口側酸化剤ガス連通孔３８ａは図７に示すように第１セパレータ１４の入口側酸化剤ガス連通孔３８ａよりも高さ△ｈ１だけ低い位置（図８にも示す）に最下部の入口孔１０９の開口位置となる底部Ｔ１が設定されている。一方、前記吐出孔１１０は第１セパレータ１４の出口側酸化剤ガス連通孔３８ｂの底部Ｔ２に位置することから、前記図４に示す最下部の第２酸化剤ガス連結流路４８の位置よりも高さ△ｈ２だけ低い位置に開口することになる。
【００３０】
また、逆流を防止するため、供給路１１１ａのうち上側の２本は吐出孔１１０の直前で屈曲して下方向に向かって形成され、補助供給路１１１ｂも供給路１１１ａの合流点Ｐの直前で屈曲して下方向に向かって形成されている。
このように構成されたバイパスプレート８１が、図８に示すようにターミナルプレート１１２と絶縁板１１３を介装した状態で図１に示すようにエンドプレート８２とともにタイロッド８４で締め付け固定されている。
なお、上記バイパス流路１１１は、酸化剤ガスが前記単位燃料電池セル１２を流れる流量以上の流量が流れるように設定されている。
したがって、上記バイパス流路１１１は厳密に言えばバイパスプレート８１とターミナルプレート１１２との間に形成されることとなる。
【００３１】
その結果、図１２に模式的に示すように、燃料電池スタック１０には入口側酸化剤ガス連通孔３８ａの奥側と、出口側酸化剤ガス連通孔３８ｂの奥側とが、バイパスプレート８１とエンドプレート８２等とで形成されたバイパス流路１１１により接続される。これにより、酸化剤ガスを供給する側である入口側酸化剤ガス連通孔３８ａの供給口Ｋと、反応済みガスとなって排出される側である出口側酸化剤ガス連通孔３８ｂの排出口Ｈとが同じ側、つまり燃料電池スタック１０の一側面側に設けられたリターンフロー構造が形成されることとなる。この場合において、単一で薄板形状のバイパスプレート８１を用いるため燃料電池スタック１０の外部で配管を必要としない点で有利であり、単位燃料電池セル１２の積層方向の寸法を短縮することができる。
また、供給口Ｋと排出口Ｈとが同じ側にあるので、これら供給口Ｋと排出口Ｈとにおける配管を、組付け工数、部品点数の点で有利な集合配管とすることができるメリットがある。
【００３２】
前記燃料電池スタック１０内には、少なくとも出口側酸化剤ガス連通孔３８ｂおよび必要に応じて出口側燃料ガス連通孔３６ｂに、それぞれ多孔質吸水管体８６が積層方向に延在して配設されている。ここで、この多孔質吸水管体８６は前記吐出孔１１０からの反応ガスである酸化剤ガスの吐出を阻害しないように配置されている。図１および図９に示すように、多孔質吸水管体８６は、金属、例えば、ＳＵＳ（ステンレス鋼）製のパイプ状芯材８８と、この芯材８８の外周部に巻き付けられる複数の線材９０とを備えている。
【００３３】
図１０に示すように、線材９０は表面に凹凸状を有しており、各線材９０が束ねられることによって空間９２が形成されている。この空間９２は、芯材８８の長手方向（燃料電池スタック１０の積層方向）に沿って延在している。芯材８８は、その両端を閉塞して構成してもよく、この芯材８８が燃料電池スタック１０内に図示しない固定手段を介して固定されている。
【００３４】
図４および図５に示すように、多孔質吸水管体８６は、出口側酸化剤ガス連通孔３８ｂ内および出口側燃料ガス連通孔３６ｂ内において、重力方向下側でかつ第２酸化剤ガス連結流路４８および第２燃料ガス連結流路６６から離間する位置に設置されている。
【００３５】
図１に示すように、第１エンドプレート８０には、出口側酸化剤ガス連通孔３８ｂに連通する孔部９４が形成されるとともに、前記第１エンドプレート８０に継手９６を介して前記孔部９４に連通するマニホールド管体９８が接続されている。マニホールド管体９８は、継手９６から延出する外側管体１００を備え、この外側管体１００内には、多孔質吸水管体８６に接続され、または前記多孔質吸水管体８６から延長された多孔質吸水管体１０２が配置されている。この多孔質吸水管体１０２は、例えば、ガス加湿用や改質用に使用可能な水を貯留する貯水タンク（図示せず）に接続されている。なお、図１に鎖線で示すように外側管体１００をやや上方に向けて湾曲させるようにしても、多孔質吸水管体１０２の毛細管現象により生成水の貯水タンクへの排水には影響を及ぼさない。
【００３６】
また、第１エンドプレート８０には、出口側燃料ガス連通孔３６ｂに連通する孔部１０４が形成され、この孔部１０４には、上述したマニホールド管体９８と同様に構成されるマニホールド管体１０６が連結されており、その詳細な説明は省略する。
【００３７】
このように構成される第１の実施形態に係る燃料電池スタック１０の動作について、以下に説明する。
燃料電池スタック１０内には、燃料ガス、例えば、炭化水素を改質した水素を含むガスが供給されるとともに、酸化剤ガスとして空気または酸素含有ガス（以下、単に空気ともいう）が供給され、さらに単位燃料電池セル１２の発電面を冷却するために、冷却媒体が供給される。燃料電池スタック１０内の入口側燃料ガス連通孔３６ａに供給された燃料ガスは、図３および図５に示すように、第１燃料ガス連結流路６４を介して面１６ｂ側から面１６ａ側に移動し、この面１６ａ側に形成されている第１燃料ガス流路溝６０に供給される。
【００３８】
第１燃料ガス流路溝６０に供給された燃料ガスは、第２セパレータ１６の面１６ａに沿って水平方向に蛇行しながら重力方向に移動する。その際、燃料ガス中の水素含有ガスは、第２ガス拡散層２６を通って単位燃料電池セル１２のアノード側電極２２に供給される。そして、未使用の燃料ガスは、第１燃料ガス流路溝６０に沿って移動しながらアノード側電極２２に供給される一方、未使用の燃料ガスが第２燃料ガス流路溝６２を介して第２燃料ガス連結流路６６に導入され、面１６ｂ側に移動した後に出口側燃料ガス連通孔３６ｂに排出される。
【００３９】
また、燃料電池スタック１０内の入口側酸化剤ガス連通孔３８ａに供給された空気は、図３に示すように、第１セパレータ１４の入口側酸化剤ガス連通孔３８ａに連通する第１酸化剤ガス連結流路４６を介して第１酸化剤ガス流路溝４２に導入される。図２に示すように、第１酸化剤ガス流路溝４２に供給された空気は、水平方向に蛇行しながら重力方向に移動する間、この空気中の酸素含有ガスが第１ガス拡散層２４からカソード側電極２０に供給される。一方、未使用の空気は、第２酸化剤ガス流路溝４４を介して第２酸化剤ガス連結流路４８から出口側酸化剤ガス連通孔３８ｂに排出される。これにより、単位燃料電池セル１２で発電が行われ、例えば、図示しないモータに電力が供給されることになる。
【００４０】
さらにまた、燃料電池スタック１０内に供給された冷却媒体は、入口側冷却媒体連通孔４０ａに導入された後、図６に示すように、第２セパレータ１６の第１冷却媒体連結流路７６を介して面１６ｂ側の主流路溝７２ａに供給される。冷却媒体は、主流路溝７２ａから分岐する複数本の分岐流路溝７４を通って単位燃料電池セル１２の発電面を冷却した後、主流路溝７２ｂに合流する。そして、使用後の冷却媒体は、第２冷却媒体連結流路７８を通って出口側冷却媒体連通孔４０ｂから排出される。
【００４１】
ところで、上記のように燃料電池スタック１０が運転されている際、特にカソード側電極２０側で比較的多くの水が生成されており、この水が第１および第２酸化剤ガス流路溝４２、４４を介して出口側酸化剤ガス連通孔３８ｂに導出される。とりわけ、この実施形態では前記入口側燃料ガス連通孔３６ａ、前記出口側燃料ガス連通孔３６ｂ、前記入口側酸化剤ガス連通孔３８ａおよび前記出口側酸化剤ガス連通孔３８ｂが、第１セパレータ１４、第２セパレータ１６の外周部側、つまり燃料電池スタック１０の外周側に設けられているため、外気温の影響を受けやすく、生成水が結露し易いのである。
【００４２】
この場合、第１の実施形態では、出口側酸化剤ガス連通孔３８ｂに多孔質吸水管体８６が配置されており、この出口側酸化剤ガス連通孔３８ｂに導入された水が、前記多孔質吸水管体８６を構成する複数の線材９０を毛細管現象によって透過し、前記線材９０間に形成されている空間９２に導かれる。ここで、燃料電池スタック１０では、酸化剤ガスおよび燃料ガスが、図１１に示すような静圧分布を有している。このため、出口側酸化剤ガス連通孔３８ｂの出口側の圧力が内部側の圧力よりも低くなり、空気の上下流の圧力差によって多孔質吸水管体８６の空間９２に導入された水は、図１中、矢印Ａ方向に示すように、第１エンドプレート８０側、すなわち、マニホールド管体９８側に押し出される。
【００４３】
これにより、第１の実施形態では、出口側酸化剤ガス連通孔３８ｂに導入された水は、多孔質吸水管体８６の毛細管現象とこの出口側酸化剤ガス連通孔３８ｂ内の空気の圧力差によって、マニホールド管体９８内の多孔質吸水管体１０２側に円滑かつ確実に排出され、簡単な構成で滞留する生成水等の結露水の排水性が有効に向上するという効果が得られる。
特に、燃料電池スタック１０が車両に搭載される際には、走行路の傾き等によって前記燃料電池スタック１０が傾斜しても、出口側酸化剤ガス連通孔３８ｂに導入された水が第２酸化剤ガス流路溝４４側に逆流することがない。従って、燃料電池スタック１０内で電極発電面が生成水で覆われることを防止し、発電性能の低下を確実に阻止することが可能になるという利点がある。
【００４４】
ここで、上記出口側酸化剤ガス連通孔３８ｂの奥側においては、手前側に比較して生成水が溜まり易くなるが、前記入口側酸化剤ガス連通孔３８ａに供給された酸化剤ガスの一部が図１２に示すようにバイパスプレート８１の入口孔１０９からバイパス流路１１１を通って吐出孔１１０で出口側酸化剤ガス連通孔３８ｂに噴射されるため、出口側酸化剤ガス連通孔３８ｂの奥側に滞留した生成水は押出される。したがって、傾斜した状態で走行する車両に適用した場合に好適である。
【００４５】
この場合、バイパス流路１１１は、図７に示すように補助供給路１１１ｂが供給路１１１ａに合流しているため、吐出孔１１０では流速が大きくなり、従って、吐出孔１１０において生成水を効率良く押出すことができる。このとき吐出孔１１０の位置（出口側酸化剤ガス連通孔３８ｂの底部Ｔ２の位置）が第２酸化剤ガス連結流路４８よりも△ｈ２下側にあるので逆流の心配もない。
一方、入口側酸化剤ガス連通孔３８ａにおいては、酸化剤ガスが加湿されているため、結露により水が生ずることがあるが、前記バイパス流路１１１の入口孔１０９の位置（バイパスプレート８１の入口側酸化剤ガス連通孔３８ａの底部Ｔ１の位置）が第１セパレータ１４、第１ガスケット２８等の入口側酸化剤ガス連通孔３８ａの底部よりも△ｈ１低く設定されているため、上記結露水も効率良く排出できる。
【００４６】
従って、前記多孔質吸水管８６の毛細管現象と、出口側酸化剤ガス連通孔３８ｂ内の空気の圧力差による排水性の向上に加えて、バイパス流路１１１により吐出孔１１０から酸化剤ガスを強制的に押出すことで、滞留する生成水、結露水の排水性を著しく向上でき、発電性能の低下を防止することができる。
【００４７】
さらに、多孔質吸水管体８６は、図４に示すように、出口側酸化剤ガス連通孔３８ｂの重力方向下側でかつ第２酸化剤ガス連結流路４８から離間する位置に配置されている。このため、生成水の吸水性が向上するとともに、第１セパレータ１４の電極発電面側での空気の流れ分布を乱すことを阻止することができる。しかも、出口側酸化剤ガス連通孔３８ｂ内での空気の圧損を増加させることがない。
【００４８】
さらにまた、図１に鎖線で示すように、マニホールド管体９８を上方に湾曲した場合には、このマニホールド管体９８内に配置されている多孔質吸水管体１０２が、出口側酸化剤ガス連通孔３８ｂよりも上方に配置される。これにより、第１エンドプレート８０の面内でマニホールド管体９８をレイアウトすることが可能になり、燃料電池スタック１０全体の高さ方向の寸法が大きくなることがない。従って、配管レイアウトの自由度が向上するとともに、燃料電池スタック１０全体の高さ方向を有効に短尺化し、特に車載用に優れるという利点がある。
【００４９】
そして、第１の実施形態では、図２に示すように、入口側燃料ガス連通孔３６ａ、入口側酸化剤ガス連通孔３８ａ、入口側冷却媒体連通孔４０ａ、出口側冷却媒体連通孔４０ｂ、出口側燃料ガス連通孔３６ｂおよび出口側酸化剤ガス連通孔３８ｂが、燃料電池スタック１０の横方向両端部に設けられている。このため、燃料電池スタック１０の上部および下部に、横方向に長尺な連通孔を設ける必要がなく、前記燃料電池スタック１０全体の高さ方向を可及的に短尺化でき、前記燃料電池スタック１０全体の積層方向を有効に薄型化することができる。
【００５０】
なお、第１の実施形態では、出口側酸化剤ガス連通孔３８ｂ側についてのみ説明したが、出口側燃料ガス連通孔３６ｂ側においても同様に凝縮水が発生しており、多孔質吸水管体８６を用いたり、さらに燃料ガス用のバイパスプレートを前記バイパスプレート８１の外側に付加して同様の構成のバイパス路を設けることによって効率的かつ確実な排水機能を有することが可能になる。また、多孔質吸水管体８６がパイプ状の芯材８８を有しているが、これに代替して棒状部材を用いてもよい。
【００５１】
図１３は、この発明の第２の実施形態に係る燃料電池スタック１６０の縦断面説明図である。なお、第１の実施形態に係る燃料電池スタック１０と同様にバイパス流路１１１が形成されている点等の基本的構造は同一（第４実施形態まで同様）であるので、同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。
この燃料電池スタック１６０では、出口側酸化剤ガス連通孔３８ｂと出口側燃料ガス連通孔３６ｂに多孔質吸水管体１６２が配置されており、前記多孔質吸水管体１６２は、パイプ部材１６４と、このパイプ部材１６４内に配置される複数本の線材１６６とを備えている。
【００５２】
パイプ部材１６４は、出口側酸化剤ガス連通孔３８ｂおよび出口側燃料ガス連通孔３６ｂに配置される部分に複数の孔部１６８を備えており、水の透過を可能にする一方、燃料電池スタック１６０の外部に露呈する部分には、孔部が設けられていない。なお、パイプ部材１６４は一体的に構成されているが、孔部１６８を設ける管体と孔部を有しない管体とを個別に設け、それらを継手等によって固定するように構成してもよい。また、線材１６６に代替して各種の吸水材を用いてもよい。
【００５３】
次に、図１４は、この発明の第３の実施形態を示し、具体的にはバイパス流路１１１の他の実施形態を示したものである。
この実施形態は、図１２に示したような第１の実施形態とは異なり、入口側酸化剤ガス連通孔３８ａの供給口Ｋと出口側酸化剤ガス連通孔３８ｂの排出口Ｈとを異なる側、つまり燃料電池スタック１０の対向する面側に設けたものである。
この実施形態では上記供給口Ｋが出口側酸化剤ガス連通孔３８ｂの奥側と同じ側に配置されるため、入口側酸化剤ガス連通孔３８ａの酸化剤ガスを分岐管１０３により分岐して出口側酸化剤ガス連通孔３８ｂに供給している。
よって、この場合も出口側酸化剤ガス連通孔３８ｂの奥側に滞留した生成水を排出口Ｈから押出すことができる。
【００５４】
このとき、入口側酸化剤ガス連通孔３８ａの奥側や手前側に結露水が溜まっている場合には、図１４に鎖線で示すようにバイパス路１０４を設けることができる。このようにすることで入口側酸化剤ガス連通孔３８ａ側の結露水の排出もスムーズに行なうことができる。
【００５５】
また、図１５に示す第４の実施形態のように、図１４と同様の入口側酸化剤ガス連通孔３８ａ、出口側酸化剤ガス連通孔３８ｂの配置であっても、配管１０５を取りまわして入口側酸化剤ガス連通孔３８ａの奥側と出口側酸化剤ガス連通孔３８ｂの手前側とを連結することもできる。
この場合にも、前記第３の実施形態と同様に、出口側酸化剤ガス連通孔３８ｂの奥側の生成水と入口側酸化剤ガス連通孔３８ａの結露水とを確実に排出することができる。
【００５６】
なお、この発明は上記実施形態に限られるものではなく、例えば、第１実施例のバイパスプレートを設ける替わりに、第２エンドプレート８２の外側に入口側酸化剤ガス連通孔３８ａと出口側酸化剤ガス連通孔３８ｂとを結ぶバイパス配管を設けるようにしても良い。また、前記各実施形態においては、吐出孔１１０と多孔質吸水管体とを併用した場合について述べたが、生成水等の排出が充分になされれば、多孔質吸水管体を廃止して吐出孔のみを設けるようにしても良い。また、前記吐出孔１１０は、出口側酸化剤ガス連通孔３８ｂの長さ方向に復数設けるようにしても良い。
【００５７】
【発明の効果】
請求項１に記載した発明によれば、生成水等が出口側連通孔の中に溜まっていた場合でも、反応ガスが吐出孔から供給されると、出口側連通孔の中に滞留した生成水等は吐出孔から吹き出される反応ガスにより押出されるため、出口側連通孔に滞留した生成水等の排水性、特に、奥側に溜まって排出され難い生成水等の排出性を向上することができる効果がある。これにより、燃料電池スタック全体の積層方向の寸法が長い場合でも生成水等の排水性を高めることができる効果がある。
【００５８】
請求項２に記載した発明によれば、上記効果に加え、入口側連通孔の奥側と出口側連通孔の奥側とを最短距離で接続することができるため、圧力損失を低減できるという効果がある。また、入口側連通孔の供給口と、出口側連通孔の排出口とが同じ側に設けられているため、取り付け工数、部品点数が少なくなる点で有利な集合配管構造が可能となるという効果がある。
【００５９】
請求項３に記載した発明によれば、上記効果に加え、加湿された反応ガス内の水分が入力側連通孔で結露した場合でも、この水滴を出口側連通孔に導くことができるため、入口側連通孔の結露水をも排出できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施形態に係る燃料電池スタックの概略縦断面説明図である。
【図２】図１に示す燃料電池スタックの要部分解斜視図である。
【図３】図１に示す燃料電池スタックの概略断面説明図である。
【図４】図１に示す燃料電池スタックを構成する第１セパレータの正面説明図である。
【図５】図１に示す燃料電池スタックを構成する第２セパレータの一方の面の正面説明図である。
【図６】前記第２セパレータの他方の面の正面説明図である。
【図７】バイパスプレートの一方の面の正面説明図である。
【図８】図７のＢ−Ｂ線に沿うバイパスプレートの断面図と他の部材との分解側面図である。
【図９】図１に示す燃料電池スタックを構成する多孔質吸水管体および第１セパレータの斜視説明図である。
【図１０】前記多孔質吸水管体を構成する線材の部分断面斜視説明図である。
【図１１】図１に示す燃料電池スタック内の静圧分布グラフ図である。
【図１２】第１実施形態の燃料電池スタックを模式的に示す概略図である。
【図１３】この発明の第２の実施形態に係る燃料電池スタックの縦断面説明図である。
【図１４】この発明の第３実施形態のバイパス流路の取りまわしを示す概略図である。
【図１５】この発明の第４実施形態のバイパス流路の取りまわしを示す概略図である。
【図１６】従来技術に係る集電極の斜視説明図である。
【符号の説明】
１０、１６０燃料電池スタック
１２単位燃料電池セル
１４第１セパレータ（セパレータ）
１６第２セパレータ（セパレータ）
３６ａ入口側燃料ガス連通孔（入口側連通孔）
３６ｂ出口側燃料ガス連通孔（出口側連通孔）
３８ａ入口側酸化剤ガス連通孔（入口側連通孔）
３８ｂ出口側酸化剤ガス連通孔（出口側連通孔）
１１０吐出孔
１１１バイパス流路
Ｋ供給口
Ｈ排出口[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention is configured by horizontally laminating a unit fuel cell composed of a solid polymer electrolyte membrane sandwiched between an anode side electrode and a cathode side electrode, and a separator sandwiching the unit fuel cell. In particular, the present invention relates to a fuel cell stack suitable for in-vehicle use.
[0002]
[Prior art]
For example, a solid polymer type fuel cell has a unit fuel cell formed by arranging an anode side electrode and a cathode side electrode on both sides of an electrolyte composed of a polymer ion exchange membrane (cation exchange membrane), and a separator. In general, a predetermined number of unit fuel cells are stacked and used as a fuel cell stack.
[0003]
In this type of fuel cell stack, the fuel gas supplied to the anode side electrode, for example, a gas mainly containing hydrogen (hereinafter referred to as hydrogen-containing gas) is appropriately humidified by hydrogen ionization on the catalyst electrode. Electrons generated while moving to the cathode side electrode through the electrolyte are taken out to an external circuit and used as direct current electric energy. Since the oxidant gas, for example, a gas mainly containing oxygen (hereinafter referred to as oxygen-containing gas) or air is supplied to the cathode side electrode, hydrogen ions, electrons and oxygen are supplied to the cathode side electrode. Reaction produces water.
[0004]
In the fuel cell stack described above, an internal manifold is configured to supply fuel gas and oxidant gas to the anode side electrode and the cathode side electrode of each unit fuel cell stacked, respectively. . Specifically, the internal manifold includes a plurality of communication holes provided integrally connected to the stacked unit fuel cells and separators, and the reaction gas is supplied to the supply communication holes. Then, the reaction gas is supplied in a distributed manner for each unit fuel cell, while the used reaction gas is integrally discharged into the discharge communication hole.
[0005]
By the way, in particular, reaction product water generated on the electrode power generation surface is easily introduced into the communication hole through which the oxidant gas flows, and in many cases, stagnant water exists in the communication hole. On the other hand, stagnant water due to condensation or the like may be generated in the communication hole through which the fuel gas flows. For this reason, it has been pointed out that the communication hole is reduced or blocked by the staying water, the flow of the reaction gas is hindered, and the power generation performance is lowered.
[0006]
Therefore, for example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-138869, there is known a fuel cell in which a hydrophilic film is provided on a fuel gas channel and an oxidizing gas channel formed on a stacked surface of a collector electrode. ing. Specifically, as shown in FIG. 16, fuel gas supply / discharge passages 2 a and 2 b are formed through both sides of the collector electrode 1, and an oxidizing gas supply and discharge is formed above and below the collector electrode 1. The flow paths 3a and 3b are formed through. On the power generation surface side of the collector electrode 1, a plurality of oxidizing gas flow paths 4 are provided in parallel with each other along the vertical direction, and a hydrophilic coating 5 is formed on the oxidizing gas flow path 4. Yes. Further, a porous member 6 is disposed in the oxidizing gas supply / discharge flow path 3b.
[0007]
In such a configuration, when water generated on the power generation surface side with the operation of the fuel cell is introduced into the oxidant gas channel 4, the generated water becomes hydrophilic in the oxidant gas channel 4. The wet coat 5 is brought into a wet state. This generated water flows along the hydrophilic coating 5 and its surface by its own weight and flows vertically downward, and is discharged from the oxidizing gas flow path 4. Furthermore, since the generated water is absorbed by the porous member 6 disposed in the oxidizing gas supply / discharge flow path 3b, the generated water can be more reliably discharged from the oxidizing gas flow path 4.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described prior art, the supply and discharge passages 3a and 3b for the oxidizing gas are formed above and below the collector electrode 1, so that it is difficult to shorten the height dimension of the entire fuel cell. End up. In particular, when used as an in-vehicle fuel cell stack, it is necessary to effectively utilize a space such as under the floor of a car body, and there is a demand for shortening the height direction of the entire fuel cell as much as possible. However, the above-described conventional technique has a problem that it cannot effectively respond to this type of request.
Moreover, the supply and discharge flow paths 3 a and 3 b for the oxidizing gas are configured to be long in the horizontal direction above and below the collector electrode 1. Thus, in order to ensure the rigidity of the collector electrode 1, it is necessary to set the thickness of the collector electrode 1 to be relatively large, and the dimension in the stacking direction of the entire fuel cell stack becomes long. It has been pointed out.
[0009]
When the dimension in the stacking direction of the entire fuel cell stack becomes longer as described above, the length of the oxidizing gas supply / discharge flow path 3b in the stacking direction becomes longer, and therefore the generated water on the back side is discharged. There is also the problem that it becomes difficult to be done. In particular, when used for in-vehicle use, in a situation where the vehicle travels in an inclined state and the generated water stays in the back side of the oxidizing gas supply / discharge passage 3b, the generated water is not discharged and remains as it is. There is a problem that the power generation performance decreases.
Therefore, an object of the present invention is to provide a fuel cell stack having a smooth and reliable drainage function.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
  In order to solve the above-mentioned problem, the invention described in claim 1 is a unit fuel cell comprising a solid polymer electrolyte membrane sandwiched between an anode side electrode and a cathode side electrode (for example, a unit fuel cell in the embodiment) 12) and a separator (for example, the first separator 14 and the second separator 16 in the embodiment) sandwiching the unit fuel battery cells in a horizontal direction, for example, a fuel cell stack (for example, a fuel in the embodiment) An inlet side communication hole (for example, the inlet side fuel gas communication hole 36a in the embodiment) for supplying a reaction gas containing a fuel gas to the outer peripheral edge of the separator, and an oxidant gas. An inlet side communication hole (for example, the inlet side oxidant gas communication hole 38a in the embodiment) for supplying a reaction gas containing a fuel, and a reaction containing a fuel gas An outlet side communication hole (for example, the outlet side fuel gas communication hole 36b in the embodiment) and an outlet side communication hole for discharging the reacted gas of the reactive gas including the oxidant gas (For example, the outlet side oxidant gas communication hole 38b in the embodiment) is provided so as to pass the reaction gas containing the fuel gas supplied from the inlet side communication hole to each unit fuel cell and the anode side electrode side. The reaction gas containing the oxidant gas supplied from the inlet side communication hole is discharged from the outlet side communication hole, and the reaction gas containing the oxidant gas supplied to the unit fuel is discharged from the outlet side communication hole. The reaction gas including the oxidant gas, which is guided between the battery cell and the cathode side electrode separator, is discharged from the outlet side communication hole, and is discharged from at least one of the two outlet side communication holes. Outlet side communication hole (e.g., the outlet H in the embodiment) at the back side as viewed from the end of the stacking direction between the separator and the unit fuel cellsA bypass plate (for example, bypass plate 81 in the embodiment) that forms a bypass channel (for example, bypass channel 111 in the embodiment) that connects the one outlet side communication hole and the corresponding inlet side communication hole. Or the piping (for example, bypass piping in the embodiment), the bypass plate or the piping forming the bypass flow pathIn addition, a discharge hole for supplying one of the reaction gas containing the fuel gas and the reaction gas containing the oxidant gas toward the outlet communication hole corresponding to the discharge port (for example, the discharge hole 110 in the embodiment) Is provided.
  With such a configuration, even when the generated water or the like has accumulated in the outlet side communication hole of the oxidant gas or the fuel gas, particularly in the back side, the oxidant gas that is the reaction gas is supplied from the discharge hole. Then, the generated water or the like staying in the back side of the outlet side communication hole is pushed out by the reaction gas blown out from the discharge hole.
[0011]
  The invention described in claim 2 is characterized in that a supply port (for example, supply port K in the embodiment) of the inlet side communication hole and a discharge port of the outlet side communication hole are provided on the same side.
  By configuring in this way, communication on the inlet sideHoleBack side and exit side communicationHoleIt is possible to connect to the back side of the PC at the shortest distance.
[0012]
  The invention described in claim 3 is the oxidant gas.TheThe unit fuel cell and the supply port of the inlet side communication hole for supplying the reaction gas containing, and the outlet port of the outlet side communication hole for discharging the reacted gas of the reaction gas containing the oxidant gas, Provided on the same side in the stacking direction with the separator, the reaction gas containing the oxidant gas on the back side seen from the supply port of the inlet side communication hole and the back side seen from the discharge port of the outlet side communication hole An inlet side communication hole and an outlet side communication hole of a reacted gas containing the oxidizing gas are connected by the bypass channel formed by the bypass plate, and an outlet of the bypass channel is connected to the outlet side The discharge hole is configured to open at the back side of the communication hole.
  With this configuration, even when moisture in the humidified reaction gas is condensed at the input side communication hole, the water droplets can be guided to the outlet side communication hole.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view of a fuel cell stack 10 according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an exploded perspective view of a main part of the fuel stack 10.
[0014]
The fuel cell stack 10 includes a unit fuel cell 12 and first and second separators 14 and 16 that sandwich the unit fuel cell 12, and a plurality of these are stacked. The unit fuel cell 12 includes a solid polymer electrolyte membrane 18, a cathode side electrode 20 and an anode side electrode 22 disposed with the electrolyte membrane 18 interposed therebetween, and the cathode side electrode 20 and the anode side electrode. 22 is provided with first and second gas diffusion layers 24 and 26 made of, for example, porous carbon paper that is a porous layer.
[0015]
First and second gaskets 28 and 30 are provided on both sides of the unit fuel cell 12, and the first gasket 28 has a large opening 32 for accommodating the cathode side electrode 20 and the first gas diffusion layer 24. On the other hand, the second gasket 30 has a large opening 34 for accommodating the anode side electrode 22 and the second gas diffusion layer 26. The unit fuel cell 12 and the first and second gaskets 28 and 30 are sandwiched between the first and second separators 14 and 16, and a third gasket 35 is disposed on the second separator 16. .
[0016]
The first separator 14 has an inlet-side fuel gas communication hole 36a for allowing a fuel gas (reactive gas) such as a hydrogen-containing gas to pass through the upper portions on both lateral ends, and an oxidant gas (reaction) that is an oxygen-containing gas or air. And an inlet side oxidant gas communication hole 38a for allowing gas to pass therethrough.
[0017]
An inlet-side cooling medium communication hole 40a for passing a cooling medium such as pure water, ethylene glycol, or oil, and an outlet for allowing the used cooling medium to pass through are provided at the center of both lateral ends of the first separator 14. A side cooling medium communication hole 40b is provided. On the lower side of both ends of the first separator 14 in the lateral direction, an outlet side fuel gas communication hole 36b for allowing a fuel gas (reacted gas) to pass therethrough and an outlet side oxidation for allowing an oxidant gas (reacted gas) to pass therethrough. The agent gas communication hole 38b is provided at a diagonal position with respect to the inlet side fuel gas communication hole 36a and the inlet side oxidant gas communication hole 38a.
[0018]
On the surface 14a of the first separator 14 facing the cathode side electrode 20, a plurality of, for example, six independent first oxidant gas flow channels 42 are provided in the vicinity of the inlet side oxidant gas communication hole 38a. It is provided toward the direction of gravity while meandering in the horizontal direction. The first oxidant gas flow channel 42 joins the three second oxidant gas flow channels 44, and the second oxidant gas flow channel 44 is adjacent to the outlet side oxidant gas communication hole 38b. It is terminated.
[0019]
As shown in FIGS. 2 to 4, the first separator 14 passes through the first separator 14, and one end thereof communicates with the inlet-side oxidant gas communication hole 38 a on the surface 14 b opposite to the surface 14 a. On the other hand, the other end communicates with the first oxidant gas passage groove 42 on the surface 14a side, and one end communicates with the outlet-side oxidant gas communication hole 38b on the surface 14b side. On the other hand, a second oxidant gas connection channel 48 whose other end communicates with the second oxidant gas channel groove 44 on the surface 14 a side is provided through the first separator 14.
[0020]
As shown in FIG. 2, similarly to the first separator 14, the inlet-side fuel gas communication hole 36 a, the inlet-side oxidant gas communication hole 38 a, and the inlet-side cooling medium communication hole are provided at both lateral ends of the second separator 16. 40a, an outlet side cooling medium communication hole 40b, an outlet side fuel gas communication hole 36b, and an outlet side oxidant gas communication hole 38b are formed.
[0021]
As shown in FIG. 5, a plurality of, for example, six first fuel gas passage grooves 60 are formed on the surface 16a of the second separator 16 in the vicinity of the inlet side fuel gas communication hole 36a. The first fuel gas flow channel 60 extends in the direction of gravity while meandering in the horizontal direction, and merges with the three second fuel gas flow channels 62 to form the second fuel gas flow channel 62. Terminates in the vicinity of the outlet side fuel gas communication hole 36b.
[0022]
The second separator 16 has a first fuel gas connection channel 64 communicating the inlet side fuel gas communication hole 36a from the surface 16b side to the first fuel gas channel groove 60, and an outlet side fuel gas communication hole 36b. A second fuel gas connection channel 66 communicating with the second fuel gas channel groove 62 from the 16b side is provided through the second separator 16.
[0023]
As shown in FIGS. 3 and 6, a stepped portion 70 corresponding to the opening 68 of the third gasket 35 is formed on the surface 16 b of the second separator 16, and the inlet side cooling medium communication is formed in the stepped portion 70. A plurality of main flow channel grooves 72a and 72b constituting the cooling medium flow channel are formed in the vicinity of the hole 40a and the outlet side cooling medium communication hole 40b. Between the main flow path grooves 72a and 72b, branch flow path grooves 74 that branch into a plurality of lines are provided extending in the horizontal direction.
[0024]
The second separator 16 has a first cooling medium connection channel 76 that communicates the inlet side cooling medium communication hole 40a and the main channel groove 72a, and an outlet side cooling medium communication hole 40b and the main channel groove 72b that communicates with each other. A second cooling medium connection channel 78 is provided through the second separator 16.
[0025]
As shown in FIG. 2, the inlet side fuel gas communication hole 36a, the inlet side oxidant gas communication hole 38a, the inlet side cooling medium are provided at both lateral ends of the first, second and third gaskets 28, 30 and 35. A through hole 40a, an outlet side cooling medium communication hole 40b, an outlet side fuel gas communication hole 36b, and an outlet side oxidant gas communication hole 38b are provided.
[0026]
As shown in FIG. 1, first and second end plates 80 and 82 are disposed on both ends in the stacking direction of the unit fuel battery cell 12 and the first and second separators 14 and 16, and The first and second end plates 80 and 82 are integrally fastened and fixed.
Here, 81 denotes a bypass plate, and the bypass plate 81 is fastened and fixed by a tie rod 84 together with the second end plate 82.
[0027]
As shown in FIGS. 2, 7, and 8, the bypass plate 81 is located on the back side of the inlet side oxidant gas communication hole 38a and the outlet side oxidant gas communication hole 38b of the fuel cell stack 10, that is, FIG. As shown in FIG. 3, the first separator 14 is closely disposed on the surface 14b located on the back side when viewed from the supply port K of the inlet side oxidant gas communication hole 38a and the discharge port H of the outlet side oxidant gas communication hole 38b. Therefore, the inlet side oxidant gas communication hole 38a of the bypass plate 81 is provided at a position corresponding to the inlet side oxidant gas communication hole 38a of the first separator 14.
And the discharge hole 110 which supplies the oxidizing gas used for reaction to the position corresponding to the bottom T2 of the outlet side oxidizing gas communication hole 38b of the first separator 14 is the outlet side oxidizing gas of the first separator 14. It is oriented in the direction along the communication hole 38b.
[0028]
On the other hand, a surface 81b of the bypass plate 81 opposite to the surface 81a in close contact with the first separator 14 is formed on the hole wall of the inlet side oxidant gas communication hole 38a of the bypass plate 81 as shown in FIG. In addition, a bypass channel 111 that communicates the inlet hole 109 having a plurality of rectangular cross-sectional shapes and the discharge hole 110 is provided.
The bypass flow path 111 includes three groove-shaped supply paths 111a that connect the inlet side oxidant gas communication holes 38a to the discharge holes 110 at diagonal positions, and upper and lower sides of the supply paths 111a. Along with the supply path 111a, it is constituted by two groove-shaped auxiliary supply paths 111b that extend from the inlet hole 109 and join the supply path 111a on the way.
[0029]
Here, the inlet-side oxidant gas communication hole 38a of the bypass plate 81 is lower by a height Δh1 than the inlet-side oxidant gas communication hole 38a of the first separator 14 as shown in FIG. 7 (also in FIG. 8). A bottom portion T1 that is an opening position of the lowermost inlet hole 109 is set. On the other hand, since the discharge hole 110 is located at the bottom T2 of the outlet-side oxidant gas communication hole 38b of the first separator 14, it is more than the position of the lowermost second oxidant gas connection channel 48 shown in FIG. It opens to a position lower by height Δh2.
[0030]
In order to prevent backflow, the upper two of the supply passages 111a are bent in front of the discharge holes 110 and formed downward, and the auxiliary supply passage 111b is also in front of the junction P of the supply passage 111a. It is bent and formed downward.
The bypass plate 81 configured in this manner is fastened and fixed by the tie rod 84 together with the end plate 82 as shown in FIG. 1 with the terminal plate 112 and the insulating plate 113 interposed as shown in FIG.
The bypass flow path 111 is set so that a flow rate equal to or higher than the flow rate of the oxidant gas flowing through the unit fuel cells 12 flows.
Therefore, strictly speaking, the bypass flow path 111 is formed between the bypass plate 81 and the terminal plate 112.
[0031]
As a result, as schematically shown in FIG. 12, the fuel cell stack 10 includes a bypass plate 81 and a rear side of the inlet side oxidant gas communication hole 38a and a rear side of the outlet side oxidant gas communication hole 38b. They are connected by a bypass channel 111 formed by the end plate 82 and the like. As a result, the supply port K of the inlet side oxidant gas communication hole 38a that is the side that supplies the oxidant gas and the discharge port H of the outlet side oxidant gas communication hole 38b that is the side that is discharged as the reacted gas. Are formed on the same side, that is, on one side surface of the fuel cell stack 10. In this case, since the single thin plate-shaped bypass plate 81 is used, it is advantageous in that piping is not required outside the fuel cell stack 10, and the unit fuel cell 12 can be reduced in the stacking direction. .
In addition, since the supply port K and the discharge port H are on the same side, the piping at the supply port K and the discharge port H can be advantageous in that it is a collective piping that is advantageous in terms of assembly man-hours and parts. is there.
[0032]
In the fuel cell stack 10, porous water absorption tubes 86 are arranged to extend in the stacking direction at least in the outlet side oxidant gas communication hole 38 b and, if necessary, in the outlet side fuel gas communication hole 36 b. ing. Here, the porous water absorption tube body 86 is arranged so as not to obstruct the discharge of the oxidant gas that is the reaction gas from the discharge hole 110. As shown in FIGS. 1 and 9, the porous water-absorbing tube body 86 includes a pipe-shaped core 88 made of metal, for example, SUS (stainless steel), and a plurality of wires 90 wound around the outer periphery of the core 88. And.
[0033]
As shown in FIG. 10, the wire 90 has an uneven shape on the surface, and a space 92 is formed by bundling each wire 90. The space 92 extends along the longitudinal direction of the core member 88 (the stacking direction of the fuel cell stack 10). The core material 88 may be configured by closing both ends thereof, and the core material 88 is fixed in the fuel cell stack 10 via fixing means (not shown).
[0034]
As shown in FIGS. 4 and 5, the porous water absorption pipe body 86 is connected to the second oxidant gas connection at the lower side in the gravity direction in the outlet side oxidant gas communication hole 38 b and the outlet side fuel gas communication hole 36 b. It is installed at a position away from the flow path 48 and the second fuel gas connection flow path 66.
[0035]
As shown in FIG. 1, the first end plate 80 is formed with a hole portion 94 communicating with the outlet-side oxidant gas communication hole 38 b, and the hole portion is connected to the first end plate 80 via a joint 96. A manifold tube body 98 communicating with 94 is connected. The manifold tube 98 includes an outer tube 100 extending from a joint 96, and the outer tube 100 is connected to the porous water absorption tube 86 or extended from the porous water absorption tube 86. A porous water absorption tube 102 is disposed. The porous water absorption tube body 102 is connected to a water storage tank (not shown) for storing water that can be used for gas humidification or reforming, for example. Even if the outer tube 100 is bent slightly upward as shown by a chain line in FIG. 1, the drainage of the generated water to the water storage tank is not affected by the capillary phenomenon of the porous water absorption tube 102. Absent.
[0036]
Further, the first end plate 80 is formed with a hole 104 communicating with the outlet side fuel gas communication hole 36b, and the manifold pipe 106 configured in the same manner as the manifold pipe 98 described above is formed in the hole 104. Are connected, and a detailed description thereof is omitted.
[0037]
The operation of the fuel cell stack 10 according to the first embodiment configured as described above will be described below.
In the fuel cell stack 10, a fuel gas, for example, a gas containing hydrogen obtained by reforming a hydrocarbon is supplied, and air or an oxygen-containing gas (hereinafter also simply referred to as air) is supplied as an oxidant gas. Further, a cooling medium is supplied to cool the power generation surface of the unit fuel cell 12. The fuel gas supplied to the inlet side fuel gas communication hole 36a in the fuel cell stack 10 passes from the surface 16b side to the surface 16a side via the first fuel gas connection channel 64, as shown in FIGS. It moves and is supplied to the first fuel gas passage groove 60 formed on the surface 16a side.
[0038]
The fuel gas supplied to the first fuel gas channel groove 60 moves in the direction of gravity while meandering in the horizontal direction along the surface 16a of the second separator 16. At that time, the hydrogen-containing gas in the fuel gas is supplied to the anode-side electrode 22 of the unit fuel cell 12 through the second gas diffusion layer 26. Unused fuel gas is supplied to the anode-side electrode 22 while moving along the first fuel gas channel groove 60, while unused fuel gas passes through the second fuel gas channel groove 62. After being introduced into the second fuel gas connection channel 66 and moving to the surface 16b side, it is discharged to the outlet side fuel gas communication hole 36b.
[0039]
Further, as shown in FIG. 3, the air supplied to the inlet-side oxidant gas communication hole 38a in the fuel cell stack 10 is communicated with the inlet-side oxidant gas communication hole 38a of the first separator 14. The gas is introduced into the first oxidant gas passage groove 42 through the gas connection passage 46. As shown in FIG. 2, while the air supplied to the first oxidant gas flow channel 42 moves in the gravitational direction while meandering in the horizontal direction, the oxygen-containing gas in the air moves to the first gas diffusion layer 24. To the cathode side electrode 20. On the other hand, unused air is discharged from the second oxidant gas connection channel 48 to the outlet side oxidant gas communication hole 38 b via the second oxidant gas channel groove 44. As a result, power is generated in the unit fuel cells 12 and, for example, power is supplied to a motor (not shown).
[0040]
Furthermore, after the cooling medium supplied into the fuel cell stack 10 is introduced into the inlet side cooling medium communication hole 40a, as shown in FIG. 6, the first cooling medium connection channel 76 of the second separator 16 is provided. To the main flow path groove 72a on the surface 16b side. The cooling medium cools the power generation surface of the unit fuel cell 12 through a plurality of branch channel grooves 74 branched from the main channel groove 72a, and then merges with the main channel groove 72b. Then, the used cooling medium is discharged from the outlet side cooling medium communication hole 40 b through the second cooling medium connection channel 78.
[0041]
By the way, when the fuel cell stack 10 is operated as described above, a relatively large amount of water is generated particularly on the cathode side electrode 20 side, and this water is the first and second oxidant gas flow channel grooves 42. , 44 to the outlet side oxidant gas communication hole 38b. In particular, in this embodiment, the inlet-side fuel gas communication hole 36a, the outlet-side fuel gas communication hole 36b, the inlet-side oxidant gas communication hole 38a, and the outlet-side oxidant gas communication hole 38b are provided in the first separator 14, Since it is provided on the outer peripheral side of the second separator 16, that is, on the outer peripheral side of the fuel cell stack 10, it is easily affected by the outside air temperature and the generated water is likely to condense.
[0042]
In this case, in the first embodiment, the porous water absorption tube body 86 is disposed in the outlet-side oxidant gas communication hole 38b, and the water introduced into the outlet-side oxidant gas communication hole 38b is the porous material. The plurality of wires 90 constituting the water absorption tube body 86 are permeated by capillary action and guided to the space 92 formed between the wires 90. Here, in the fuel cell stack 10, the oxidant gas and the fuel gas have a static pressure distribution as shown in FIG. For this reason, the pressure on the outlet side of the outlet-side oxidant gas communication hole 38b is lower than the pressure on the inner side, and the water introduced into the space 92 of the porous water absorption tube body 86 by the pressure difference between the upstream and downstream of the air is In FIG. 1, as shown in the direction of arrow A, it is pushed out to the first end plate 80 side, that is, the manifold tube 98 side.
[0043]
Thereby, in the first embodiment, the water introduced into the outlet side oxidant gas communication hole 38b is caused by the capillary phenomenon of the porous water absorption pipe body 86 and the pressure difference between the air in the outlet side oxidant gas communication hole 38b. As a result, an effect is obtained that drainage of condensed water such as generated water that is smoothly and reliably discharged to the porous water absorption tube 102 side in the manifold tube 98 and stays with a simple configuration is effectively improved.
In particular, when the fuel cell stack 10 is mounted on a vehicle, the water introduced into the outlet-side oxidant gas communication hole 38b is subjected to the second oxidation even if the fuel cell stack 10 is inclined due to the inclination of the travel path or the like. There is no backflow toward the agent gas flow channel 44 side. Therefore, there is an advantage that it is possible to prevent the electrode power generation surface from being covered with the generated water in the fuel cell stack 10 and to reliably prevent a decrease in power generation performance.
[0044]
Here, in the back side of the outlet side oxidant gas communication hole 38b, the generated water is easily collected as compared with the front side, but one of the oxidant gas supplied to the inlet side oxidant gas communication hole 38a. 12 is injected from the inlet hole 109 of the bypass plate 81 through the bypass channel 111 to the outlet-side oxidant gas communication hole 38b through the discharge hole 110, as shown in FIG. The generated water staying on the back side is extruded. Therefore, it is suitable when applied to a vehicle traveling in an inclined state.
[0045]
In this case, as shown in FIG. 7, in the bypass flow path 111, since the auxiliary supply path 111b merges with the supply path 111a, the flow velocity at the discharge hole 110 increases, and thus the generated water is efficiently discharged at the discharge hole 110. Can be extruded. At this time, since the position of the discharge hole 110 (the position of the bottom portion T2 of the outlet side oxidant gas communication hole 38b) is located Δh2 below the second oxidant gas connection channel 48, there is no fear of backflow.
On the other hand, in the inlet side oxidant gas communication hole 38a, since the oxidant gas is humidified, water may be generated due to condensation, but the position of the inlet hole 109 of the bypass channel 111 (the inlet of the bypass plate 81). The position of the bottom T1 of the side oxidant gas communication hole 38a) is set lower by Δh1 than the bottom of the inlet side oxidant gas communication hole 38a of the first separator 14, the first gasket 28, etc. It can be discharged efficiently.
[0046]
Therefore, in addition to the capillary phenomenon of the porous water absorption pipe 86 and the improvement of drainage due to the pressure difference of the air in the outlet side oxidant gas communication hole 38b, the bypass channel 111 forces the oxidant gas from the discharge hole 110. By extruding in a continuous manner, the drainage of the retained generated water and condensed water can be remarkably improved, and the power generation performance can be prevented from deteriorating.
[0047]
Further, as shown in FIG. 4, the porous water absorption tube body 86 is disposed at a position below the outlet side oxidant gas communication hole 38 b in the gravity direction and away from the second oxidant gas connection channel 48. . For this reason, while the water absorption of produced water improves, it can prevent disturbing the air flow distribution on the electrode power generation surface side of the first separator 14. Moreover, the air pressure loss in the outlet side oxidant gas communication hole 38b is not increased.
[0048]
Furthermore, as shown by a chain line in FIG. 1, when the manifold tube 98 is bent upward, the porous water absorption tube 102 disposed in the manifold tube 98 communicates with the outlet side oxidizing gas communication. It arrange | positions above the hole 38b. As a result, the manifold tube body 98 can be laid out in the plane of the first end plate 80, and the overall height of the fuel cell stack 10 does not increase. Therefore, there is an advantage that the degree of freedom of the piping layout is improved, the height direction of the entire fuel cell stack 10 is effectively shortened, and particularly excellent for in-vehicle use.
[0049]
In the first embodiment, as shown in FIG. 2, the inlet side fuel gas communication hole 36a, the inlet side oxidant gas communication hole 38a, the inlet side cooling medium communication hole 40a, the outlet side cooling medium communication hole 40b, and the outlet The side fuel gas communication holes 36 b and the outlet side oxidant gas communication holes 38 b are provided at both lateral ends of the fuel cell stack 10. For this reason, it is not necessary to provide laterally long communication holes in the upper and lower portions of the fuel cell stack 10, and the height direction of the entire fuel cell stack 10 can be shortened as much as possible. The entire stacking direction of the ten can be effectively reduced in thickness.
[0050]
In the first embodiment, only the outlet-side oxidant gas communication hole 38b side has been described. However, condensed water is similarly generated on the outlet-side fuel gas communication hole 36b side, and the porous water absorption pipe body 86 is formed. It is possible to provide an efficient and reliable drainage function by using a fuel gas bypass plate and by adding a fuel gas bypass plate to the outside of the bypass plate 81 to provide a bypass passage having a similar structure. Moreover, although the porous water absorption pipe body 86 has the pipe-shaped core material 88, it may replace with this and may use a rod-shaped member.
[0051]
FIG. 13 is a longitudinal sectional view illustrating a fuel cell stack 160 according to the second embodiment of the present invention. Since the basic structure such as the bypass flow path 111 is the same as in the fuel cell stack 10 according to the first embodiment (the same applies to the fourth embodiment), the same components are used. Are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
In this fuel cell stack 160, a porous water absorption pipe body 162 is disposed in the outlet side oxidant gas communication hole 38b and the outlet side fuel gas communication hole 36b, and the porous water absorption pipe body 162 includes a pipe member 164, And a plurality of wires 166 disposed in the pipe member 164.
[0052]
The pipe member 164 is provided with a plurality of holes 168 in portions disposed in the outlet-side oxidant gas communication hole 38b and the outlet-side fuel gas communication hole 36b, and enables the permeation of water, while the fuel cell stack 160 is provided. A hole is not provided in a portion exposed to the outside of the. In addition, although the pipe member 164 is comprised integrally, you may comprise so that the pipe body which provides the hole part 168, and the pipe body which does not have a hole part may be provided separately, and they may be fixed by a joint etc. . Further, various water absorbing materials may be used instead of the wire 166.
[0053]
Next, FIG. 14 shows a third embodiment of the present invention, and specifically shows another embodiment of the bypass channel 111.
This embodiment differs from the first embodiment as shown in FIG. 12 in that the supply port K of the inlet side oxidant gas communication hole 38a and the discharge port H of the outlet side oxidant gas communication hole 38b are different from each other. That is, it is provided on the opposite surface side of the fuel cell stack 10.
In this embodiment, since the supply port K is disposed on the same side as the rear side of the outlet side oxidant gas communication hole 38b, the oxidant gas in the inlet side oxidant gas communication hole 38a is branched by the branch pipe 103 and discharged. It is supplied to the side oxidant gas communication hole 38b.
Therefore, also in this case, the generated water staying in the back side of the outlet side oxidant gas communication hole 38b can be pushed out from the discharge port H.
[0054]
At this time, when condensed water is accumulated on the back side or the near side of the inlet side oxidant gas communication hole 38a, a bypass 104 can be provided as shown by a chain line in FIG. By doing in this way, the dew condensation water by the side of the inlet side oxidant gas communication hole 38a side can be discharged smoothly.
[0055]
Further, as in the fourth embodiment shown in FIG. 15, even when the inlet side oxidant gas communication hole 38a and the outlet side oxidant gas communication hole 38b are arranged in the same manner as in FIG. The back side of the side oxidant gas communication hole 38a and the front side of the outlet side oxidant gas communication hole 38b can be connected.
Also in this case, similarly to the third embodiment, the generated water on the back side of the outlet-side oxidant gas communication hole 38b and the condensed water in the inlet-side oxidant gas communication hole 38a can be reliably discharged. .
[0056]
  The present invention is not limited to the above embodiment. For example, instead of providing the bypass plate of the first embodiment, the inlet side oxidizing gas communication hole 38a and the outlet side oxidizing agent are provided outside the second end plate 82. Connect with gas communication hole 38bProvide bypass pipingYou may do it. In each of the above embodiments, the case where the discharge hole 110 and the porous water absorption tube body are used together has been described. However, if the generated water or the like is sufficiently discharged, the porous water absorption tube body is abolished and discharged. You may make it provide only a hole. The discharge hole 110 is provided with a number of reversals in the length direction of the outlet side oxidant gas communication hole 38b.You may do it.
[0057]
【The invention's effect】
According to the invention described in claim 1, even when the generated water or the like is accumulated in the outlet side communication hole, the generated water staying in the outlet side communication hole when the reaction gas is supplied from the discharge hole. Etc. are pushed out by the reaction gas blown out from the discharge hole, so that the drainage of the produced water etc. staying in the outlet side communication hole, especially the drainage of the produced water that accumulates in the back side and is difficult to be discharged is improved. There is an effect that can. Thereby, even when the dimension of the whole fuel cell stack in the stacking direction is long, there is an effect that it is possible to improve drainage performance of generated water or the like.
[0058]
  According to the second aspect of the present invention, in addition to the above effect, the inlet side communicationHoleBack side and exit side communicationHoleSince it can be connected to the back side at the shortest distance, there is an effect that pressure loss can be reduced. In addition, since the supply port for the inlet side communication hole and the discharge port for the outlet side communication hole are provided on the same side, an advantageous effect of enabling an advantageous collective piping structure in that the number of mounting steps and the number of parts is reduced. There is.
[0059]
According to the invention described in claim 3, in addition to the above effect, even when moisture in the humidified reaction gas is condensed at the input side communication hole, the water droplets can be guided to the outlet side communication hole. There is an effect that dew condensation water in the side communication hole can be discharged.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view of a fuel cell stack according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an exploded perspective view of a main part of the fuel cell stack shown in FIG.
3 is a schematic cross-sectional explanatory diagram of the fuel cell stack shown in FIG. 1. FIG.
4 is a front explanatory view of a first separator constituting the fuel cell stack shown in FIG. 1. FIG.
FIG. 5 is an explanatory front view of one surface of a second separator constituting the fuel cell stack shown in FIG. 1;
FIG. 6 is a front explanatory view of the other surface of the second separator.
FIG. 7 is an explanatory front view of one surface of a bypass plate.
FIG. 8 is an exploded side view of the bypass plate taken along line BB in FIG. 7 and other members.
9 is a perspective explanatory view of a porous water absorption tube body and a first separator constituting the fuel cell stack shown in FIG. 1. FIG.
FIG. 10 is a partial cross-sectional perspective explanatory view of a wire constituting the porous water absorption tube body.
11 is a static pressure distribution graph in the fuel cell stack shown in FIG. 1. FIG.
FIG. 12 is a schematic view schematically showing the fuel cell stack according to the first embodiment.
FIG. 13 is a longitudinal sectional view illustrating a fuel cell stack according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a schematic view showing the bypass flow path according to the third embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a schematic view showing the bypass flow path according to the fourth embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a perspective explanatory view of a collecting electrode according to a conventional technique.
[Explanation of symbols]
10, 160 Fuel cell stack
12 Unit fuel cell
14 First separator (separator)
16 Second separator (separator)
36a Inlet side fuel gas communication hole (Inlet side communication hole)
36b Outlet side fuel gas communication hole (outlet side communication hole)
38a Inlet side oxidant gas communication hole (inlet side communication hole)
38b Outlet side oxidant gas communication hole (outlet side communication hole)
110 Discharge hole
111 Bypass channel
K supply port
H outlet

Claims

A fuel cell stack configured by horizontally laminating a unit fuel cell comprising a solid polymer electrolyte membrane sandwiched between an anode side electrode and a cathode side electrode, and a separator sandwiching the unit fuel cell. And
An inlet side communication hole for supplying a reaction gas containing a fuel gas, an inlet side communication hole for supplying a reaction gas containing an oxidant gas, and a reaction gas containing a fuel gas to the outer peripheral edge of the separator. An outlet side communication hole for discharging the reacted gas and an outlet side communication hole for discharging the reacted gas of the reaction gas containing the oxidant gas are provided to penetrate through the inlet side communication hole. A reaction gas containing a fuel gas is introduced between each unit fuel cell and the anode side electrode side separator to discharge a reacted gas of the reaction gas containing the fuel gas from an outlet side communication hole, and the inlet side The reaction gas containing the oxidant gas supplied from the communication hole is led between each unit fuel cell and the cathode side electrode side separator, and the reacted gas of the reaction gas containing the oxidant gas is connected to the outlet side. Exhaust from hole , A far side when viewed from the outlet of at least one of the outlet side communicating hole of the two outlet side communicating hole, the end of the stacking direction between the separator and the unit fuel cells, the outlet side communicating the one a bypass plate or pipe to form a bypass flow passage connecting the inlet side communicating holes corresponding to the hole and which is provided, in the bypass plate or the pipe to form the bypass flow passage, a reactant gas containing the fuel gas A fuel cell stack comprising a discharge hole for supplying any one of a reactive gas containing an oxidant gas toward the outlet communication hole corresponding to the discharge port.

The supply port of the two inlet side communication holes and the discharge port of the two outlet side communication holes are provided on the same side in the stacking direction of the unit fuel cell and the separator. The fuel cell stack described.

Inlet and feed opening of the communication hole, the unit an outlet of the outlet side communicating hole for discharging the reacted gas in the reaction gas containing the oxidizing gas for supplying the reaction gas containing the oxidizing agent gas Provided on the same side in the stacking direction of the fuel cell and the separator, the oxidant gas on the back side seen from the inlet port of the inlet side communication hole and on the back side seen from the outlet port of the outlet side communication hole A reaction gas inlet side communication hole and a reaction gas outlet reaction side communication hole containing the oxidant gas are connected by the bypass flow path formed by the bypass plate, 3. The fuel cell stack according to claim 1, wherein the outlet is configured as the discharge hole that opens at a depth side of the outlet side communication hole. 4.